El estudiante refina el problema de las matemáticas de 100 años, expandiendo las posibilidades de energía eólica

Un estudiante de ingeniería de Penn State refinó un problema matemático centenario en una forma más simple y elegante, lo que hace que sea más fácil de usar y explorar. El trabajo de Divya Tyagi amplía la investigación en aerodinámica, que desbloquea nuevas posibilidades en el diseño de turbinas eólicas que Hermann Glauer, un aerodinámico británico y el autor original, no consideró.

Tyagi, un estudiante graduado que busca su maestría en ingeniería aeroespacial, completó este trabajo como estudiante de Penn State para su tesis de Schreyer Honors College. Su investigación fue publicado en Ciencia de la energía eólica.

“Creé un complemento para el problema de Glauer que determina el rendimiento aerodinámico óptimo de una turbina eólica resolviendo las condiciones de flujo ideales para una turbina para maximizar su potencia de salida“, dijo Tyagi, quien obtuvo su licenciatura en ingeniería aeroespacial.

Su asesor, Sven Schmitz, profesor de Boeing/Ad Welliver en el Departamento de Ingeniería Aeroespacial y coautor en el documento, dijo que el trabajo original de Glauer se centró exclusivamente en el coeficiente de potencia máxima alcanzable, que mide cuán eficientemente una turbina convierte la energía eólica en electricidad.

Sin embargo, Glauer no tuvo en cuenta los coeficientes de la fuerza total y el momento que actúan sobre el rotor, la unidad giratoria con cuchillas adjuntas, o cómo hojas de turbina doblar bajo presión del viento.

“Si tiene los brazos extendidos y alguien presiona su palma, debe resistir ese movimiento”, dijo Schmitz, miembro de la facultad del Instituto de Energía y Medio Ambiente. “Lo llamamos la fuerza de empuje a favor del viento y el momento de flexión de la raíz, y turbinas eólicas Debe resistir eso también. Debe entender qué tan grande es la carga total, lo que Glauer no hizo “.

Schmitz dijo que la simplicidad del apéndice de Tyagi basado en el cálculo de las variaciones, un método matemático utilizado para restringidos problemas de optimizaciónpermitirá a las personas explorar nuevas facetas del diseño de la turbina eólica.

“El impacto real será la próxima generación de turbinas eólicas utilizando el nuevo conocimiento que se ha revelado”, dijo Schmitz. “En cuanto a la elegante solución de Divya, creo que encontrará su camino en las aulas, en todo el país y en todo el mundo”.

Tyagi dijo que ve su trabajo como un paso para mejorar la producción de energía eólica y reducir los costos.

“Mejorar el coeficiente de potencia de una gran turbina eólica en solo un 1% tiene un impacto significativo en la producción de energía de una turbina, y eso se traduce en los otros coeficientes por los que obtuvimos relaciones”, dijo. “Una mejora del 1% en el coeficiente de potencia podría aumentar notablemente la producción de energía de una turbina, potencialmente impulsando un vecindario completo”.

Durante su último año, Tyagi ganó el Premio Anthony E. Wolk por su tesis sobre el Anexo al trabajo de Glauer. El premio Wolk se entrega a un senior en ingeniería aeroespacial que ha desarrollado la mejor tesis entre ingeniería aeroespacial estudiantes.

Ahora persiguiendo su maestría, Tyagi está estudiando simulaciones de dinámica de fluidos computacionales, analizando el flujo de aire alrededor de un rotor de helicópteros.

“El objetivo es integrar eso con el flujo complejo alrededor de un barco para ver cómo el barco de aire interactúa con un helicóptero tratando de aterrizar en su cubierta”, dijo.

Su investigación respaldada por la Marina de los EE. UU. Su objetivo es mejorar la simulación de vuelo y la seguridad del piloto al comprender mejor estas interacciones dinámicas.

Reflexionando sobre su investigación de pregrado, Tyagi dijo que demostrar que su solución en el papel era un desafío.

“Pasaría entre 10 y 15 horas a la semana entre el problema, escribiendo la tesis y en la investigación. Tomó mucho tiempo porque era muy intensivo en matemáticas”, dijo. “Pero ahora me siento muy orgulloso, viendo todo el trabajo que he hecho”.

Schmitz, quien ha contemplado el problema de Glauer durante décadas, acreditó la persistencia de Tyagi al abordarlo.

“Cuando pensé en el problema de Glauer, pensé que faltaban pasos y era muy complicado”, dijo Schmitz. “Tenía que haber una forma más fácil de hacerlo. Fue entonces cuando entró Divya. Ella fue la cuarta estudiante que desafié con mirarlo, y fue la única que lo asumió. Su trabajo es realmente impresionante”.